O padrão “Método de teste padrão ASTM E1952-11 para condutividade térmica e difusividade térmica por calorimetria de varredura diferencial de temperatura modulada” desenvolvido pela Sociedade Americana de Testes e Materiais (ASTM) descreve um procedimento para determinar a condutividade térmica de materiais sólidos homogêneos e não porosos na faixa de 0,10 a 1,0 W⁄ (Km) por calorimetria de varredura diferencial de temperatura modulada. Esta gama inclui muitos materiais poliméricos, de vidro e cerâmicos. A difusividade térmica, que está relacionada à condutividade térmica por meio da capacidade térmica específica e da densidade, também pode ser derivada. A condutividade térmica e a difusividade podem ser determinadas em uma ou mais temperaturas na faixa de 0 a 90 graus.
Para os propósitos desta norma, certos termos técnicos usados nesta norma, incluindo calibração, calorimetria diferencial de varredura, capacidade térmica, temperatura modulada, precisão, material de referência, desvio padrão relativo, repetibilidade, reprodutibilidade, capacidade térmica específica, desvio padrão, análise térmica, condutividade térmica e condutividade térmica, são definidos em ASTM E473-21, ASTM E1142-23 e ASTM E2161-23.
Especificamente para este padrão, o calorímetro de varredura diferencial de temperatura modulada se refere a uma versão do calorímetro de varredura diferencial que fornece um programa de temperatura de variação sinusoidal para a amostra de teste, além de programas convencionais isotérmicos ou de rampa de temperatura. Os resultados da análise incluem capacidade térmica aparente e específica.
Ao realizar testes, a capacidade térmica de uma amostra de teste pode ser determinada usando a abordagem de temperatura modulada, na qual um programa de temperatura oscilatório ou de repetição periódica (em torno de uma temperatura média) é aplicado a uma amostra de teste, produzindo um fluxo de calor oscilatório (periódico) para dentro ou para fora da amostra. A capacidade térmica do corpo de prova pode ser obtida dividindo-se a amplitude do fluxo de calor resultante pela amplitude da temperatura oscilante (periódica) que o produziu. A capacidade térmica específica é obtida pela normalização da capacidade térmica em relação à massa da amostra.
A precisão da capacidade térmica obtida desta forma depende das condições experimentais. Quando uma amostra de teste fina encapsulada em uma bandeja de amostra de alta condutividade térmica é tratada com oscilações de temperatura de longo prazo (baixa frequência), presume-se que a amostra de teste atingiu uma distribuição uniforme de temperatura e que as informações de capacidade térmica resultantes são comparáveis às de outros métodos de teste não oscilatórios.
Quando uma extremidade de uma amostra de teste espessa é exposta a oscilações de temperatura de curto prazo (alta frequência), a amostra de teste adquire uma distribuição de temperatura ao longo de seu comprimento dependendo de sua difusividade térmica. As informações de capacidade térmica aparente obtidas dessa maneira são menores que o caso de distribuição uniforme de temperatura descrito acima e são proporcionais à raiz quadrada da condutividade térmica das amostras de teste.
A condutividade térmica do espécime de teste pode ser derivada da capacidade térmica aparente de um espécime espesso, da capacidade térmica real de um espécime fino e de uma série de constantes geométricas e empíricas.
Se a condutividade térmica da amostra de teste for baixa, aproximando-se daquela do gás de purga circundante, será necessária uma correção na condutividade térmica medida para compensar as perdas de calor devido à amostra de teste espessa.
A difusividade térmica é derivada da condutividade térmica determinada, da capacidade térmica específica e da densidade do espécime de teste.
A condutividade térmica é um parâmetro de projeto útil para a taxa de transferência de calor através de um material. Os resultados deste método de teste podem ser usados para fins de projeto, avaliação de serviço, controle de produção, pesquisa e desenvolvimento e avaliação de riscos.
Como o tamanho da amostra usada na análise térmica é da ordem de 10 a 100 mg, deve-se tomar cuidado para garantir que ela seja homogênea ou representativa do material, ou ambos. O cálculo da condutividade térmica requer o conhecimento da geometria desta amostra. Este método de teste requer um tamanho e formato de amostra específicos. Outras geometrias podem ser usadas fazendo alterações apropriadas nas equações de cálculo.
Ao coletar a amostra, são selecionados dois cilindros circulares retos, ambos com diâmetro nominal de 6,3 mm. O primeiro desses corpos de prova tem espessura nominal de 0,4 mm e o segundo tem espessura nominal de 3,5 mm. Esses espécimes de teste são obtidos mais convenientemente cortando-os de uma haste de 6,35 mm de diâmetro, um tipo comum de material. Outras técnicas de fabricação, como corte de chapas usando brocas tipo cogumelo, usinagem de chapas ou moldagem, também podem ser usadas. As superfícies circulares das amostras de teste são polidas para ficarem lisas e paralelas a mais/menos 600 µm com lixa de grão 30.
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